package com.algorithm.avltree;

import com.algorithm.binarytree.Main;

import java.util.ArrayList;

/**
 * @Author: DOWN
 * @Date: 2022/7/1 15:29
 * @Comment: AVL-Tree 平衡二叉树  (二分搜索树的一种)
 */
public class AVLTree<K extends Comparable<K>, V> {

    private class Node {
        public K key;
        public V value;
        public Node left, right;
        public int height;

        public Node(K key, V value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            left = null;
            right = null;
            height = 1;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public AVLTree() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    private int getHeight(Node node) {
        if (null == node) {
            return 0;
        }
        return node.height;
    }

    /**
     * 获取平衡因素
     * @param node 根节点
     * @return  int
     */
    private int getBalanceFactor(Node node) {
        if (node == null) {
            return 0;
        }
        return getHeight(node.left) - getHeight(node.right);
    }

    /**
     * 判断是否二分搜索树
     * @return boolean
     */
    public boolean isBST() {
        ArrayList<K> keys = new ArrayList<>();
        middleOrder(root, keys);
        for (int i = 1; i < keys.size(); i++) {
            if (keys.get(i - 1).compareTo(keys.get(i)) > 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 中序遍历
     * @param node  根节点
     * @param keys  记录所有节点 排序索引
     */
    private void middleOrder(Node node, ArrayList<K> keys) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        middleOrder(node.left, keys);
        keys.add(node.key);
        middleOrder(node.right, keys);
    }

    /**
     * 是否平衡二叉树
     * @return  boolean
     */
    public boolean isBalanced() {
        return isBalanced(root);
    }

    public boolean isBalanced(Node node) {
        if (null == node) {
            return true;
        }
        int balanceFactor = getBalanceFactor(node);
        if (Math.abs(balanceFactor) > 1) {
            return false;
        }
        return isBalanced(node.left) && isBalanced(node.right);
    }

    /**
     * 向二分搜索树添加新的元素
     * @param key 位置
     * @param value 值
     */
    public void add(K key, V value) {
        add(root, key, value);
    }

    /**
     * 向以node为根的二分搜索树插入元素
     * 通常再平衡发生在添加元素时，新的元素冲破了平衡二叉树的边界，
     * 需判断key的左右方向，然后根据关键节点进行树的左右旋转。
     * @param node 根节点
     * @param key  位置
     * @param value 值
     * @return 新的根Node
     */
    private Node add(Node node, K key, V value) {
        if (node == null) {
            size++;
            return new Node(key, value);
        }
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            node.left = add(node.left, key, value);
        } else if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            node.right = add(node.right, key, value);
        } else {
            node.value = value;
        }
        //更新height
        node.height = 1 + Math.max(getHeight(node.left), getHeight(node.right));
        int balanceFactor = getBalanceFactor(node);
        if (Math.abs(balanceFactor) > 1) {
            System.out.println("unbalanced:" + balanceFactor);
        }
        //平衡维护
        //LL
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) >= 0) {
            return rightRotate(node);
        }
        //RR
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) <= 0) {
            return leftRotate(node);
        }
        //LR
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) < 0) {
            node.left = leftRotate(node.left);
            return rightRotate(node);
        }
        //rl
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) > 0) {
            node.right = rightRotate(node.right);
            return leftRotate(node);
        }
        return node;
    }

    /**
     * 对节点y进行向右旋转的操作，返回旋转后的新的根节点x
     *          y                                                 x
     *         / \                                             /    \
     *        x   T4                                          z       y
     *       / \        向右旋转（y）->(x)                     / \    /   \
     *      z   T3     ------------------------>           T1  T2  T3  T4
     *     / \
     *    T1  T2
     * @param y 原根节点
     * @return  int x 旋转后的根节点
     */
    private Node rightRotate(Node y) {
        Node x = y.left;
        Node T3 = x.right;
        //交换位置  向右旋转
        x.right = y;
        y.left = T3;
        //旋转后更新各个节点的Height
        y.height = Math.max(getHeight(y.left), getHeight(y.right)) + 1;
        x.height = Math.max(getHeight(x.left), getHeight(x.right)) + 1;
        return x;
    }
    /**
     * 对节点y进行向左旋转的操作，返回旋转后的新的根节点x
     *          y                                                 x
     *         / \                                             /    \
     *        T1  x                                          y       z
     *           / \        向左旋转（y）->(x)                / \    /   \
     *          T2   z     ------------------------>      T1  T2  T3  T4
     *              / \
     *             T3  T4
     * @param y 原根节点
     * @return  int x 旋转后的根节点
     */
    private Node leftRotate(Node y) {
        Node x = y.right;
        Node T2 = x.left;
        //交换位置  向右旋转
        x.left = y;
        y.right = T2;
        //旋转后更新各个节点的Height
        y.height = Math.max(getHeight(y.left), getHeight(y.right)) + 1;
        x.height = Math.max(getHeight(x.left), getHeight(x.right)) + 1;
        return x;
    }

    /**
     * 递归-查询key所对应的节点
     *
     * @param node 节点
     * @param key  目标位置
     * @return Node
     */
    public Node getNode(Node node, K key) {
        if (node == null || key == null) {
            return null;
        }
        //往右子树比较
        if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            return getNode(node.right, key);
        }
        //往左子树比较
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            return getNode(node.left, key);
        }
        //此时默认 node.key=key
        return node;
    }

    /**
     * 删除节点元素
     *
     * @param key 目标位置
     * @return 删除值
     */
    public V remove(K key) {
        Node node = getNode(root, key);
        if (node != null) {
            root = remove(root, key);
            return node.value;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 递归-删除
     *
     * @param node 目标节点
     * @param key  目标位置
     * @return 删除值
     */
    private Node remove(Node node, K key) {
        if (node == null || key == null) {
            return null;
        }
        Node retNode;
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            node.left = remove(node.left, key);
            retNode = node;
        } else if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            node.right = remove(node.right, key);
            retNode = node;
        } else {
            //待删除的节点只有右子树
            if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                retNode = rightNode;
            } else if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                retNode = leftNode;
            } else {
                Node successor = minimum(node.right);
                successor.right = remove(node.right, successor.key);
                successor.left = node.left;
                node.left = node.right = null;
                retNode = successor;
            }
        }
        if (retNode == null) {
            return null;
        }
        //更新height
        retNode.height = 1 + Math.max(getHeight(retNode.left), getHeight(retNode.right));
        int balanceFactor = getBalanceFactor(retNode);
        //平衡维护
        //LL
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) >= 0) {
            return rightRotate(retNode);
        }
        //RR
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) <= 0) {
            return leftRotate(retNode);
        }
        //LR
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) < 0) {
            retNode.left = leftRotate(retNode.left);
            return rightRotate(retNode);
        }
        //rl
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) > 0) {
            retNode.right = rightRotate(retNode.right);
            return leftRotate(retNode);
        }
        return retNode;
    }

    /**
     * 删除以node为根的二分搜索树中的最小节点
     * 返回删除节点后的新的二分搜索树的根节点
     * @param node 根节点
     * @return  Node
     */
    private Node removeMin(Node node){
        if (node.left==null){
            Node rightNode=node.right;
            node.right=null;
            size--;
            return rightNode;
        }
        node.left=removeMin(node.left);
        return node;
    }

    /**
     * 获取最小节点
     * @param node 根节点
     * @return  Node
     */
    private Node minimum(Node node) {
        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return minimum(node.left);
    }
    /**
     * 包含查询
     *
     * @param key 元素
     * @return boolean 是否包含
     */
    public boolean contains(K key) {
        return contains(root, key);
    }

    /**
     * 包含查询实现
     *
     * @param node 上级节点
     * @param key    查询元素
     * @return boolean
     */
    private boolean contains(Node node, K key) {
        //空 结束
        if (node == null) {
            return false;
        }
        //查询成功
        if (key.compareTo(node.key) == 0) {
            return true;
        }
        //往左节点 查询
        else if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            return contains(node.left, key);
        }
        //往右节点 查询
        else {
            return contains(node.right, key);
        }
    }
    /**
     * 获取Key对应的元素值
     *
     * @param key 元素位置
     * @return V 元素值
     */
    public V get(K key) {
        return get(root, key);
    }
    /**
     * 查询实现
     *
     * @param node 上级节点
     * @param key  查询元素
     * @return V   元素值
     */
    private V get(Node node, K key) {
        //空 结束
        if (node == null) {
            return null;
        }
        //查询成功
        if (key.compareTo(node.key) == 0) {
            return node.value;
        }
        //往左节点 查询
        else if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            return get(node.left, key);
        }
        //往右节点 查询
        else {
            return get(node.right, key);
        }
    }
    /**
     * 获取Key对应的元素值
     *
     * @param key 元素位置
     */
    public void set(K key,V newVslue) {
        set(root, key,newVslue);
    }
    /**
     * 查询实现
     *
     * @param node 上级节点
     * @param key  查询元素
     */
    private void set(Node node, K key,V newValue) {
        //空 结束
        if (node == null) {
            return;
        }
        //查询成功
        if (key.compareTo(node.key) == 0) {
            node.value=newValue;
        }
        //往左节点 查询
        else if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            set(node.left, key,newValue);
        }
        //往右节点 查询
        else {
            set(node.right, key,newValue);
        }
    }
}
